TUGAS AKHIR - repository.polimdo.ac.idrepository.polimdo.ac.id/550/1/Mikri Paiman.pdf · RANCANG BANGUN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA DI DESA TALAWAAN Diajukan Sebagai Salah Satu
Post on 07-Mar-2019
252 Views
Preview:
Transcript
TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
SURYA DI DESA TALAWAAN
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan
Pendidikan Diploma IV Pada Teknik Elektro
Politeknik Negeri Manado
Oleh
Mikri Romario Paiman
NIM : 12 023 004
KEMENTERIAN RISET TEKNOLOGI DAN PENDIDIKAN TINGGI
POLITEKNIK NEGERI MANADO
2016
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi listrik merupakan sumber energi yang paling banyak dimanfaatkan
manusia untuk menjalankan dan mendukung semua aktifitasnya, baik konsumsi
rumah tangga maupun pengunaan dalam industri dan dunia usaha lainnya.
Pengunaan enargi listrik akan terus meningkat seiring dengan semakin
meningkatnya kualitas hidup dan peradaban manusia, sehinga tuntutan untuk
menjamin ketersediaan energi listrik menjadi sebuah keharusan.
Dengan adanya sumber daya alam yang bisa dipergunakan untuk
pembangkit tenaga listrik pada daerah yang akan menjadi lokasi sebagai
pembuatan tugas akhir, penulis ingin membuat pembangkit tenaga listrik, dengan
menggunakan energi panas matahari, karena melihat lokasi yang dimiliki daerah
tersebut sangat baik dan sangat efisien untuk pembuatan pembangkit tenaga
listrik.
Dalam pembuataan pembangkit tenaga listrik ini dikarenakan dalam
pembagian tugas,yang terdapat dalam Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga
surya, terlebih khusus pada penyaluran tenaga listrik.
Melalui peracangan ini diharapkan mendapatkan hasil Pembangkit Listrik
Tenaga surya yang mempunyai efisiensi yang optimal. Berdasarkan Perencanaan
Pembangkit listrik Tenaga surya penulis mengangkat judul “Rancang bangun
pembangkit Listrik Tenaga surya Di Talawaan”.
2
1.2 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan :
1. Merancang bangun pembangkit listrik tenaga surya
2. Merancang penyaluran daya yang akan dihasilkan ke penyimpanan
daya.
3. Menentukan daya yang dihasilkan pembangkit, untuk melakukan
pengisian daya pada battery.
1.3 Rumusan Masalah
Berdasarkan tujuan diatas, diperlukan suatu perumusan masalah dalam
penelitian ini :
1. Merancang bangun pembangkit listrik tenaga surya?
2. Merancang penyaluran daya yang akan dihasilkan ke penyimpanan
daya?
3. Menentukan daya yang dihasilkan pembangkit, untuk melakukan
pengisian daya pada battery?
3
1.4 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat :
1. Memeberikan penerangan fasilitas umum.
2. Memeberikan penerangan pada masyarakat sekitar jika ada pemadaman
listrik.
3. Menjadi sarana yang baik tanpa adanya pencemaran pada sumber energi
yang digunakan.
1.5 Batasan Masalah
1. Perancangan pembangkit listrik tenaga surya.
2. Memodifikasi solar cell.
3. Menentukan besarnya kapasitas daya yang dihasilkan oleh solar sel.
4. Melakukan pengujian pemanfaatan solar cell dengan menggunakan
lampu pijar dan lampu LED.
1.6 Metodologi Penelitian
Agar lebih memudahkan dalam menyelesaikan penelitian ini, maka
digunakan beberapa metode sehingga kajian yang dilakukan akan mencapai hasil
yang lebih baik, yaitu :
1. Melakukan analisa mengenai penyaluran daya listrik yang ada pada
Pembangkit listrik tenaga surya (PLTS).
2. Merancang penyaluran daya yang akan digunakan untuk analisa .
3. Pengujian terhadap penyaluran daya listrik pada PLTS.
4
4. Menganalisa dan mengambil kesimpulan
1.7 Sistematikan Penulisan
Untuk mempermudah penyusunan penelitian maka digunakan system bab
demi bab yang merupakan salah satu rangkaian dengan sistematikan
sebagai berikut :
BAB I
Berisikan latar belakang, tujuan penelitian, rumusan masalah pembatasan
masalah, manfaat kegiatan, metode penelitian, sistematika penulisan.
BAB II
Merupakan bagian tinjauan pustaka, berisi teori-teori yang melandasi
penelitian ini dan menjadi dasar acuan teori, penelitian terdahulu, kerangka
pemikiran dan pengembangan hipotesis.
BAB III
pembahas mengenai metode penelitian yang menjelaskan tentang variabel
penelititan dan definisi operasional, metode penelitian, metode
pengambilan sampel, jenis data yang digunakan beserta sumbernya, teknik
pengambilan data, dan metode analisis yang digunakan untuk menganalisis
hasil pengujian sampel.
5
BAB IV
Merupakan bagian pembahasan, yang berisi tentang pengujian atas
hipotesis yang dibuat dan penyajian hasil dari pengujian tersebut, serta
pembahasan tentang hasil analisis yang dikaitkan dengan teori yang
berlaku.
BAB V
Merupakan bagian penutup, yang berisi kesimpulan yang diperoleh dari
hasil analisis pada bab sebelumya, keterbatasan penelitian serta saran bagi
penelitian berikutnya.
6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sejarah solar cell
Sejarah sel surya dapat dilihat jauh ke belakang ketika pada tahun 1839
Edmund Becquerel, seorang pemuda Prancis berusia 19 tahun menemukan efek
yang sekarang dikenal dengan efek fotovoltaik ketika tengah berkesperimen
menggunakan sel larutan elektrolisis yang dibuat dari dua elektroda. Becquerel
menemukan bahwa beberapa jenis material tertentu memproduksi arus listrik
dalam jumlah kecil ketika terkena cahaya.
Saat ini, efisiensi sel surya dapat dibagi menjadi efisiensi sel surya
komersil dan efisiensi sel surya skala laboratorium. Sel surya komersil yang sudah
ada di pasaran memiliki efisiensi sekitar 12-15%. Sedangkan efisiensi sel surya
skala laboratorium pada umumnya 1,5 hingga 2 kali efisiensi sel surya skala
komersil. Hal ini disebabkan pada luas permukaan sel surya yang berbeda. Pada
sel surya di pasaran, sel yang dipasarkan pada umumnya memiliki luas permukaan
100 cm2 yang kemudian dirangkai mejadi modul surya yang terdiri atas 30-40
buah sel surya. Dengan semakin besarnya luas permukaan sel surya, maka sudah
menjadi pengetahuan umum jika terdapat banyak efek negatif berupa resistansi
sirkuit, cacat pada sel dan sebagainya, yang mengakibatkan terdegradasinya
efisiensi sel surya.
7
Sel surya ialah sebuah alat yang tersusun dari material semikonduktor
yang dapat mengubah sinar matahari menjadi tenaga listrik secara langsung.
Sering juga dipakai istilah photovoltaic atau fotovoltaik. Sel surya pada dasarnya
terdiri atas sambungan p-n yang sama fungsinya dengan sebuah dioda (diode).
Sederhananya, ketika sinar matahari mengenai permukaan sel surya, energi yang
dibawa oleh sinar matahari ini akan diserap oleh elektron pada sambungan p-n
untuk berpindah dari bagian dioda p ke n dan untuk selanjutnya mengalir ke luar
melalui kabel yang terpasang ke sel.
2.2 Arus Energi surya dan proses pemanfaatannya
Energi surya yang memasuki atmosfer bumi dengan kepadatan yang
diperkirakan sebesar 1 hingga 1,4 kW/m² dengan arah tegak lurus terhadap poros
sinar. Dari jumlah tersebut 34% dipantulkan kembali keruang angkasa dan
terdapat lebih kurang 560 W/ m² yang diserap bumi. Dari angka pemikiran
tersebut radiasi surya secara potensial di indonesia sebesar 112 × 108 MW.
2.3 Radiasi Matahari Di Permukaan Bumi
Planet bumi hampir berbentuk bulat dengan jari-jari 6370 Km. Waktu
yang diperlukan untuk sekali berotasi pada sumbunya adalah 24 jam dan waktu
yang diperlukan untuk sekali berevolusi terhadap matahari adalah 365 hari.
Bumi mengelilingi matahari dengan lintasan yang berbentuk elips dengan
matahari terletak pada satu focus. Sumbu rotasi bumi miring 23, 45° terhadap
orbitnya sewaktu sekelilingnya matahari sehingga mempengaruhi perhitungan
8
jumlah distribusi radiasi matahari, pada perubahan waktu siang dan malam serta
pergantian musim.
Gambar 2.1 Posisi bumi terhadap matahari
Indonesia terletak diekuator, maka waktu siang dan malam serta
pergantian musim tidak begitu besar pengaruhnya. Matahari melepaskan energy
dalam jumlah yang sangat besar radiasi elektromagnetik. Radiasi ini memiliki
dualism sifat, yaitu sebagai gelombang dan partikel. Sebagai partikel radiasi
matahari berinteraksi dengan matahari, hal ini disebut foton. Foton inilah yang
dimanfaatkan untuk keperluan pembangkit tenaga listrik melalui sel fotovoltaik.
2.4 Konstanta Radiasi Matahari
Spektrum radiasi matahari (radiasi elektromagnetik) meretang dari sinar X,
dengan panjang gelombang λ = 0,1 mm hingga gelombang radio (λ = 100).
Konstanta radisi matahari didevinisikan sebagai jumlah total energy radiasi yang
diterima dari matahari per satuan luas yang selalu tegak lurus pada berkas sinar
matahari, pada jarak rata-rata matahari permukaan bumi tanpa atmosfer bumi.
9
Tabel 2.1 konstanta radiasi matahari yang diterima pada permukaan bumi.
Konstanta Radiasi Matahari (Estimasi)
Isc = 1350 Watt/m2
= 4870 KJ/jam m2
2.5 Penentuan posisi matahari
Posisi suatu daerah pada bumi terdapat posisi matahari ditentukan oleh dua
sudut yang berubah-ubah secara kontinu, yaitu sudut jam matahari dan sudut
deklinasi serta sudut tetap yang menspesifikasikan lokasi daerah tersebut pada
bumi, yaitu garis lintangnya.
Sudut jam matahari untuk tempat tertentu bergantung pada posisi saat
bumi dalam rotasi aksialnya. Oleh karena bumi menyelesaikan rotasi 360° dalam
waktu 24 jam, maka sudut berubah 15° setiap jam.
Kencondongan sumbu bumi sebesar 23,45° adalah konstan dan dalam arah
yang sama selalu pada keseluruhan orbit bumi disekeliling matahari. Di belahan
bumi utara sudut deklinasi mencapai kedudukan paling utaranya dan puncak
positifnya yang sebesar + 23,45° pada tangal 21 juni dan mencapai kedudukan
paling selatan serta puncak negatifnya yang sebesar – 23,45° pada tanggal 21
desember. Pada belahan bumi selatan, hal sebaliknya yang berlaku. Untuk
menentukan deklinasi matahari bergantungan pada hari dalam suatu tahun dan
ditunjukan pada persamaan (2.5).
10
2.6 Perhitungan Daya Dan Energi Surya
Daya surya dan energy surya dapat dinyatakan sebagai daya maksimum,
daya harian rata-rata, dan energy harian rata-rat. Daya surya adalah ukuran sesaat
tenaga rata-rata energy yang diterima dari matahari pada suatu saat,sedangkan
energy surya diukur pada suatu periode dan merupakan kapasitas yang
terakumulasi untuk melakukan kerja.
Sel-sel surya secara umum dirating dalam besaran daya puncak atau watt
puncak. Penetapan rating daya surya adalah dengan menetapkan dalam besaran
daya rata-rata harian cuaca cerah, yang berkisar 8/10 dari satuan matahari atau
800 Watt/m2. Sel surya dapat juga dirating dalam besaran output energi rata-rata
perhari. Tetapi karena energi rata-rat bervariasi pada daerah-daerah suatu Negara
dan bervariasi pula pada sehari-hari dalam setahun, maka besaran ini harus
dikualifikasi dengan mengacu pada tempat dan waktu tertentu dalam setahun.
Energi harian rata-rata persatuan luas dan temperature siang hari serta
curah hujan merupakan informasi penting yang dibutuhkan untuk mendesain
sebuah array fotovoltaik. Data isolasi yang diukur secara otomatis akan mencakup
sebagian variabel-variabel yang terlihat dalam perhitungan surya.
2.7 Hubungan Geometris sel fotovoltaik Terhadap Bumi Dan Matahari
Pengkonversian energy harian rata-rata per m2 pada sebuah permukaan
horisontal menjadi harian rata-rata pada sebuah permukaan yang dimiringkan
adalah bergantung pada deklinasi, garis lintang lokasinya, dan sudut kemiringan
permukaan yang menghadap keselatan. Selain itu perlu diketahui proporsi relative
11
antara cahaya langsung, cahaya menyebar, dan cahaya terpantul yang akan
diterima oleh permukaan yang dimiringkan itu.
Taraf pertama dalam proses konversi adalah penentuan rasio antara radiasi
pada permukaan horisontal dan radiasi pada permukaan yang dimiringkan.
Sebagai taraf akhir adalah mengalikan rasio ini dengan energy rata-rata
permukaan horisontal untuk memperoleh suatu nilai akurat tentang energy pada
permukaan yang dimiringkan menghadap keselatan.
Barat
Utara selatan
Timur
Matahari
Gambar 2.2 Sudut Matahari
Taraf-taraf ini adalah :
Proporsi antara cahaya yang menyebar terhadap total isolasi (dengan
asumsi bahwa yang terpantul adalah nol) dihitung dari clarity coeffcient (Kt)
dengan mengunakan rumus empiris.oleh karena pantulan cahaya diasumsikan nol,
maka rasio antara berkas cahaya menyebar terhadap total insolasi.
12
Rasio antara insolasi dari berkas cahaya langsung pada permukaan
horisontal dapat diestimasikan, dengan mengabaikan efek-efek atmosfer pada
cahaya matahari, dengan menggunakan persamaan (2.4). deklinasi untuk hari
yang dikehendaki dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan (2.1). sudut
jam matahari terbenam untuk permukaan horisontal dan permukaan yang
dimiringkan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.2) dan (2.3).
∅-S
Normal
Normal
𝜃
𝜃
Radiasi berkas cahaya
Radiasi berkas cahaya
δ horizontal
Gambar 2.3 posisi bidang yang membentuk sudut S terhadap bidang horisontal.
Selama bulan-bulan dimusim kemarau, matahari terbenam pada
permukaan yang dimiringkan sebelum terbenam dikaki horisontal dan kemudian
pada permukaan yang dimiringkan itu). Maka pada persamaan digunakan nilai
minimum dari kedua perhitungan yang ada.
δ = 23,45 sin {360[(284+n)/365} ............................................................... (2.1)
13
ω = cos (-tan ф) (tan δ) ................................................................................ .(2.2)
ωs´ = minimum{cos−1[(− tan∅)(tanδ)]
cos−1{−[tan(∅ − 𝛽)][tanδ]}} ........................................ (2.3)
Rb ={[cos(∅−𝛽)⟦𝑐𝑜𝑠δ⟧𝑠𝑖𝑛]}+[
𝜋
180]ωs[sin(∅−𝛽)⟦𝑡𝑎𝑛δ⟧
{[𝑐𝑜𝑠∅⟦𝑡𝑎𝑛δ⟧𝑠𝑖𝑛𝜔𝑠]+[𝜋
180]ωs[sin∅⟦sin δ]}
............................................. (2.4)
𝐻𝑑
𝐻ℎ= 1,390 − 4,027Kt + 5,531(Kt)
2 −3,108(Kt)3 ..................................... (2.5)
R = (1−𝐻𝑑
𝐻ℎ) Rb + (
𝐻𝑑
𝐻ℎ) (1+cos𝛽
2𝜌(1+cos𝛽
2. ..................................................... (2.6)
Dimana :
δ = sudut deklinasi matahari (-23,45° hingga +23,45°)
n = hari dalam setahun (1 hingga 365)
ωs = sudut jam matahari terbenam pada permukaan horisontal
ωs´ = sudut jam matahari terbenam pada permukaan yang miringkan
∅ = sudut kemiringan permukaan yang menghadap ke selatan(0° hingga180°;
β yang lebih dari 90° berarti permukaan tersebut menghadap ke bawah)
Rb = rasio antara radiasi berkas langsung harian rata-rata bulanan pada sebuah
permukaan menghadap keselatan yang dimiringkan terhadap objek pada
sebuah permukaan horisontal
Hd = intensitas radiasi menyebar harian rata-rata bulanan pada permukaan
horisontal
Hh = total intensitas radiasi menyebar harian rata-rata pada sebuah permukaan
horisontal
Ht = total intensitas radiasi harian rata-rata bulanan pada permukaan yang
dimiringkan menghadap ke utara
14
Kt = clarity coefficient, yaitu rasio antara insolasi pada bumi terhadap insolasi
yang secara langsung berada di luar atmosfer
R = rasio antara intensitas radiasi harian rata-rata bulanan pada permukaan
yang menghadap ke selatan yang dimiringkan
ρ = koefisien pantulan/refleksi, yaitu fraksi cahaya yang dipantulkan oleh
sebuah permukaan (0 hingga 1).
Clarity coeficient (Kt) dihitung dari data-data yang telah diukur yang
biasanya telah disajikan hasil perhitungan oleh stasiun klimatologi untuk lokasi
dan bulan yang berbeda-beda dalam setahun. Tetapi jika Kt ini tidak tersedia
datanya, dapat dihitung dari persamaan :
Kt = 𝐻ℎ
𝐻𝑜. ............................................................................................................. (2-7)
Dimana :
Ho = Insolasi yang diterima bumi seandainya bumi tidak beratmosfer.
Ho untuk berbagai sudut lintang dan waktu dapat diperoleh dari persamaan (2.8)
berikut :
Ho = 24
𝜋 Isc{[1+0,033 cos(
360𝑛
356)][cos∅ cos δsin ωs+
2𝜋𝜔𝑠
360sin∅ sin ∅]}...............(2.8)
Dimana :
Isc = konstanta matahari = 1350 Watt/m2
Panjang hari Td menyatkan waktu yang dibutuhkan matahari untuk berada pada
suatu tempat,dinyatakan dengan suatu persamaan :
Td = 2
15 x ωs .................................................................................................................................... (2.9)
15
Sedangkan harga Hh jika tidak disediakan oleh badan meteorogi dan geofisika
atau stasiun klimatologi setempat, maka dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan :
Hd =Ho ( 𝛼 + 𝑏𝑛𝑜
𝑇𝑑 ) ............................................................................ (2.10)
Dimana :
a,b = suatu konstanta yang bergantungan pada tempat radiasi dihitung
no = rata-rata perbulan dari jam-jam cahaya matahari cerah perhari.
2.8 Pengertian Solar Cell (Photovoltaic).
Solar cell atau panel surya adalah alat untuk mengkonversi tenaga matahari
menjadi energi listrik.photovoltaic adalah teknologi yang berfungsi untuk mengubah
atau mengkonversi radiasi matahari menjadi energi listrik secara langsung. PV
biasanya dikemas dalam sebuah unit yang disebut modul. Dalam sebuah modul surya
terdiri dari banyak sel surya yang bisa disusun secara seri maupun paralel. Sedangkan
yang dimaksud dengan surya adalah sebuah elemen semikonduktor yang dapat
mengkonversi energi surya menjadi energi listrik atas dasar efek fotovoltaik. Solarcell
mulai popular akhir-akhir ini, selain mulai menipisnya cadangan enegi fosil dan isu
global warming. energi yang dihasilkan juga sangat murah karena sumber energi
(matahari) bisa didapatkan secara gratis. Solar cell dapat dilihat pada berikut :
16
Gambar 2.4 Skema solar cell.
Sebelumnya pernah dilakukan penelitian semikondukor dengan metode
yang sama namun hanya dapat menghasilkan arus maksimal 50 mA. Melalui
penelitian sederhana ini kami melakukan penelitian lanjutan dengan
mengembangkan rangkaian seri dan pararel dan variasi terhadap jarak antar
tembaga hingga dapat mengetahui peluang pemanfaatan solarcell tembaga.
2.9 Prinsip dasar teknologi solarcell (Photovoltaic) dari bahan silicon.
Solar cell merupakan suatu perangkat semi konduktor yang dapat
menghasilkan listrik jika diberikan sejumlah energi cahaya. Proses penghasilan
energi listrik terjadi jika pemutusan ikatan elektron pada atom-atom yang tersusun
dalam Kristal semikonduktor ketika diberikan sejumlah energy. Salah satu bahan
semikonduktor yang biasa digunakan sebagai sel surya adalah Kristal silicon.
17
Gambar 2.5. Cara Kerja Solar Cell.
1. Semikonduktor Tipe P dan Tipe N.
Gambar 2.6. Semikonduktor Tipe-P (Kiri) dan Tipe-N (Kanan).
Ketika suatu Kristal silikon ditambahkandengan unsur golongan kelima,
misalnya arsen, maka atom-atom arsen itu akan menempati ruang diantara atom-
atom silicon yang mengakibatkan munculnya electron bebas pada material
campuran tersebut. Elektron bebas tersebut berasal dari kelebihan elektron yang
dimiliki oleh arsen terhadap linkungan sekitarnya, dalam hal ini adalah silicon.
Semikonduktor jenis ini kemudian diberi nama semikonduktor tipe-n. Hal yang
sebaliknya terjadi jika Kristal silicon ditambahkan oleh insur golongan ketiga,
misalnya boron, maka kurangnya electron valensi boron dibandingkan dengan
silicon mengakibatkan munculnya hole yang bermuatan positif pada
semikonduktor tersebut. Semikonduktor ini dinamakan semikonduktor tipe-p.
Adanya tambahan pembawa muatan tersebut mengakibatkan semikonduktor ini
18
akan lebih banyak menghasilkan pembawa muatan ketika diberikan sejumlah
energi tertentu, baik pada semikonduktor tipe-n maupun tipe-p.
2. Sambungan P-N.
Gambar 2.7 Diagram Energi Sambungan P-N Munculnya Daerah Deplesi.
Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n disambungkan maka akan terjadi
difusi hole dari tipe-p menuju tipe-n dan difusi electron dari tipe-n menuju tipe-p.
Difusi tersebut akan meninggalkan daerah yang lebih positif pada batas tipe-n dan
daerah lebih negative pada batas tipe-p. Adanya perbedaan muatan pada
sambungan p-n disebut dengan daerah deplesi akan mengakibatkan munculnya
medan listrik yang mampu menghentikan laju difusi selanjutnya. Medan listrik
tersebut mengakibatkan munculnya arus drift. Arus drift yaitu arus yang
dihasilkan karena kemunculan medan listrik.
Namun arus ini terimbangi oleh arus difusi sehingga secara keseluruhan tidak ada
arus listrik yang mengalir pada semikonduktor sambungan p-n tersebut.
Sebagaimana yang kita ketahui bersama, electron adalah partikel
bermuatan yang mampu dipengaruhi oleh medan listrik. kehadiran medan listrik
pada electron dapat mengakibatkan electron bergerak. Hal inilah yang dilakukan
pada solar cell sambungan p-n, yaitu dengan menghasilkan medan listrik pada
19
sambungan p-n agar electron dapat mengalir akibat kehadiran medan listrik
tersebut.
Ketika junction disinari, photon yang mempunyai 5l ectron sama atau
lebih besar dari lebar pita 5l ectron tersebut akan menyebabkan eksitasi electron
dari pita valensi ke pita konduksi dan akan meninggalkan hole pada pita valensi.
Elektron dan hole ini dapat bergerak dalam material sehingga
menghasilkan pasangan 5l ectron-hole.Apabila ditempatkan hambatan pada
terminal sel surya, maka 5l ectron dari area-n akan kembali ke area-p sehingga
menyebabkan perbedaan potensial dan arus akan mengalir.
2.10 Prinsip dasar solarcell (Photovoltaic) dari bahan tembaga.
Photovoltaic berdasarkan bentuk dibagi dua, yaitu photovoltaic padat dan
photovoltaic cair. Photovoltaic cair prinsip kerjanya hampir sama dengan prinsip
elektrovolta, namun perbedaanya tidak adanya reaksi oksidasi dan reduksi secara
bersamaan (redoks) yang terjadi melainkan terjadinya pelepasan elektron saat
terjadi penyinaran oleh cahaya matahari dari pita valensi (keadaan dasar) ke pita
konduksi ( keadaan elektron bebas) yang mengakibatkan terjadinya perbedaan
potensial dan akhirnya menimbulkan arus.Pada solarcell cair dari bahan tembaga
terdapat dua buah tembaga yaitu tembaga konduktor dan tembaga semikonduktor.
Tembaga semikonduktor akan menghasilkan muatan elektron negatif jika terkena
cahaya matahari, sedangkan tembaga konduktor akan menghasilkan muatan
elektron positif. Karena adanya perbedaan potensial akhinya akan menimbulkan
arus.
20
2.11 Karakteristik PLTS
Radiasi surya dipermukaan bumi diperkirakan mempunyai rapat energi
sekitar 1000 Watt/m2[5]. Dengan bantuan wafer silicon maka energi radiasi
matahari langsung diubah menjadi energi listrik arus searah dengan efisiensi
sampai 15% yang berarti setiap 1 m2 modul kristal silikon dapat menghasilkan
150 Watt puncak. Modul kristal silikon yang ada sekarang pada umumnya
berukuran lebar 21,4 Volt, berdaya maksimum 75 Watt. Energi sumber arus
searah atau diubah dulu menjadi arus bolak-balik dengan bantuan inverter.
2.11.1 Kurva I – V
Kurva ini menggambarkan hubungan antara arus dan tegangan yang
dihasilkan oleh suatu modul fotovoltaik pada gambar 3. Variasi dari kurva ini
tergantung dari prosentase sinar matahari yang mengenai panel sel surya. Dari
gambar dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi radiasi matahari, arus yang
mengalir semakin besar sedangkan tegangan relatif sama.
21
3
2
1
010 20
1 kW/m3
800 W/m3
600 W/m3
400 W/m3
200 W/m3
Arus (A)
Tegangan (V)
50
30
20
010 20
Daya (W)
Tegangan (V)
30
60
40
10
1 kW/m3
200 W/m3
600 W/m3
800 W/m3
Gambar 2.8 Kurva Arus dan Tegangan
2.11.2 Kurva P – V
Kurva ini menggambarkan titik operasi maksimum dari suatu modul
fotovoltaik
Gambar 2.9 Kurva Daya dan Tegangan
22
Seperti yang terlihat pada gambar, pada suatu titik radiasi tertentu, cahaya
mencapai titik maksimum yaitu pada titik tegangan dan arus tinggi sebelum garis
lengkung menuju ke titik nol. Sehingga dalam penggunaannya faktor ini harus
diperhitungkan benar agar tercapai efisiensi maksimum.
Pengaruh temperatur terhadap karakteristik tertentu. Temperatur mempengaruhi
besarnya output dari PLTS.
Gambar 2.10 Kurva arus (A) dan tegangan (V)
Dari gambar diatas dapat disimpulkan bahwa jika temperatur modul naik
tegangan outputnya akan turun, sedangkan arusnya naik tapi dalam skala kecil.
Arus (A)
Tegangan (V)
3
1
2
0
10 20
200 W/m3
23
2.12 Sistem Instalasi Solar Cell
2.12.1 Rangkaian Seri Solar Cell
Hubungan seri suatu sel surya didapat apabila bagian depan (+) sel surya
utama dihubungkan dengan bagian belakang (-) sel surya kedua dan
seterusnya dapat di lihat pada gambar berikut :
Tegangan sel surya dijumlahkan apabila dihubungkan seri satu sama lain.
𝑈𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙= 𝑈1+ 𝑈2 + 𝑈3 +𝑈𝑛
Arus sel eurya sama apabila dihubungkan seri satu sama lain.
𝐼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐼1 = 𝐼2 = 𝐼3 = 𝐼𝑛
2.11.2 Rangkaian Pararel Solar Cell
Rangkaian parallel solar cell didapat apabila terminal kutub positif dan
negatif solar cell dihubungkan satu sama lainHubungan parallel dari solar
cell dapat dilihat pada gambar dibawa ini:
Tegangan solarcell yang dihubungkan parallel sama dengan satu solar cell.
24
𝑈𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙= 𝑈1= 𝑈2 = 𝑈3 = 𝑈𝑛
Arus yang timbul dari hubungan ini langsung dijumlahkan.
𝐼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐼1 +𝐼2 +𝐼3 +𝐼𝑛
2.13 Baterai Tepat Sistem
Baterai merupakan salah satu komponen utama dalam sistem PLTS yang
memegang peranan penting sebagai sumber listrik, yang apabila lemah/soak
sering kali menjadi penyebab terganggunya sistem PLTS, bahkan dapat
mengakibatkan kerusakan pada komponen-komponen lainnya, dalam aplikasi
Lampu Jalan Tenaga Surya.
Terdapat banyak tipe baterai penyimpanan muatan yang berbeda-beda di
pasaran. Memilih tipe baterai untuk sebuah sistem tertentu mencakup banyak
pertimbangan, baik dari segi fisiknya maupun dari segi kimianya yang
membentuk karakteristik baterai tersebut, diantaranya :
2.13.1 Tegangan yang disyaratkan
Tegangan baterai harus stabil, mengigat arus listrik yang mengalir
kebeban bervariasi langsung dengan tegangan. Sebuah baterai tidak bole
membikan tegangan yang cukup tinggi sehingga dapat merusak peralatan.
2.132. Arus yang diisyaratkan
Dalam beberapa aplikasi, penarikan arus dapat dikatakan hampir konstan.
Dalam penerapan lainnya sistem diharapkan dapat memberikan arus yang besar
untuk suatu priode pendek.
25
2.13.3. Kapasitas Ampere-jam dan Watt-jam
Sebuah baterai harus memiliki kapasitas ampere jam yang cukup untuk
mengirim daya pada beban sehingga ada sumber daya untuk mengisi kembali
muatan baterai. Spesifikasi Ampere-jam menyatakan kuantitas arus yang dapat
diperoleh baterai selama periode pelepasan tampa memperhatikan tegangan
ranting.
Kapasitas baterai dapat ditentukan dengan mengacu pada hal-hal sebagai
berikut :
1. Intensitas matahari rata-rata menimum
2. Periode waktu dimana cuaca berawan sepanjang hari.
3. Intensitas matahari minimum pada kondisi cuaca berawan sepanjang
hari yaitu pada kondisi waktu penyinaran sebesar 0 % sehari.
4. Isi baterai minimum yang harus tersisa pada akhir periode waktu
dimana cuaca berawan sepanjang hari.
2.13.4 Penentuan Kapasitas Akumulator
Untuk menjamin sistem dapat beroperasi dengan baik sesuai dengan
kebutuhan sistem diperhitungkan keadaan cuaca tanpa sinar matahari.
Kapasitas baterai dapat ditentukan dengan persamaan :
BBR
BEDODV
NOSQK
..
.1 ………………………………………….(2.12)
26
Dimana :
KB = kapasitas baterai (A)
NOS = jumlah hari tanpa sinar matahari
DOD = kedalaman pengosongan baterai
EB = efisiensi baterai
VBR = tegangan baterai
2.14 Inverter
inverter diperlukan untuk menyediakan sumber arus AC untuk perangkat
listrik seperti lampu, televisi, pompa air dll.
Untuk memperoleh daya bolak balik (AC) dari sumber arus searah
fotovoltaik diperlukan inverter yang dapat mengkonversikan daya DC kedalam
bentuk daya AC.
Terdapat tiga faktor yang perlu diperhatikan dalam memilih inverter,yaitu :
1. Tipe gelombang yang dihasilkan
2. Tegangan masukan
3. Daya keluaran
Tipe gelombang yang dihasilkan inverter sangatlah penting diperhatikan
terutama jika beban-beban AC tersebut adalah motor-motor. Distorsi harmonic
yang ditimbulkan harus serendah mungkin. Umumnya harga inverter sebanding
dengan kualitas gelombang sinus yang dihasilkan. Pemilihan dalam ukuran
inverter yang tepat, memungkinkan inverter tersebut memiliki kapasitas yang
cukup untuk menahan (menerima) beban surge yang terjadi saat pengasutan beban
motor (jika ada). Pemilihan inverter diharapkan memiliki regulasi yang baik,
distorsi harmonic yang rendah keandalan yang tinggi. Efisiensi inverter yang ada
27
dipasaran saat ini mencapai 90 % hingga 98 %. Penentuan kapasitas inverter yang
digunakan dalam sistem ini menggunakan persamaan :
P𝑖 =𝑑𝑎𝑦𝑎𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑢𝑚𝑥𝑎
𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟𝑑𝑎𝑦𝑎. .................................................................
Dimana
Pi = Kapasitas inverter (KVA)
a = Factor keamanan inverter = 1,3 sampai 1,8
Gambar 2.11 Gelombang sinus inverter
a. Square sine wave inverter
Tipe inverter yang menghasilkan Output gelombang (sinus) persegi, jenis
inverter ini tidak cocok untuk beban AC tertentu seperti motor induksi atau
transformer, selain tidak dapat bekerja square sine wave dapat merusak peralatan
tersebut.
28
b. Modified sine wave inverter
Tipe inverter yang menghasilkan Output gelombang persegi yang
disempurnakan/persegi kuasi yang merupakan kombinasi antara square wave dan
sine wave. Inverter ini masih dapat menggerakan perangkat yang menggunakan
kumparan, hanya saja tidak maksimal serta faktor energy-loss yang besar. dan
tidak cocok dengan perangkat elektronik yang sensitif atau khusus, misalnya laser
printer tertentu, peralatan audio.
c. Pure sine wave inverter
Tipe inverter yang menghasilkan Output gelombang sinus murni setara
PLN. Inverter jenis ini diperlukan terutama untuk beban-beban yang
menggunakan kumparan induksi agar bekerja lebih mudah, lancar dan tidak cepat
panas.
d. Grid Tie Inverter
Tipe special inverter yang dirancang untuk menyuntikkan arus listrik ke
sistem distribusi tenaga listrik yang sudah ada, misalkan PLN/Genset. Inverter
tersebut harus disinkronkan dengan frekuensi grid yang sama, biasanya berisi satu
atau lebih fitur maksimum power point tracking untuk mengkonversi jumlah
maksimum daya yang tersedia, dan juga termasuk fitur proteksi keselamatan.
29
2.15 Solar Charge Controller
Solar Charge Controller adalah komponen di dalam sistem PLTS
berfungsi sebagai pengatur arus listrik (Current Regulator) baik terhadap arus
yang masuk dari panel PV maupun arus beban keluar / digunakan. Bekerja untuk
menjaga baterai dari pengisian yang berlebihan (OverCharge), Ini mengatur
tegangan dan arus dari panel surya ke baterai.
Sebagian besar Solar PV 12 Volt menghasilkan tegangan keluar (V-Out)
sekitar 16 sampai 20 volt DC, jadi jika tidak ada peraturan, baterai akan rusak dari
pengisian tegangan yang berlebihan. yang umumnya baterai 12Volt membutuhkan
tegangan pengisian (Charge) sekitar 13-14,8 volt (Tegantung Tipe Battery) untuk
dapat terisi penuh.
2.16 Lampu Pijar
Prinsip kerja lampu pijar sangat sederhana. Lampu pijar bekerja
berdasarkan prinsip pemanasan dan pembakaran suatu elemen penghantar yang
berupa filamen yang disebabkan oleh arus listrik yang mengalir pada filamen
tersebut. Filamen yang digunakan pada umumnya berupa filamen wolfram yang
pada dasarnya juga adalah sebuah resistor. Ujung filamen ini dihubungkan dengan
kawat penghantar yang terhubung ke kontak ulir dan ujung yang lainnya
dihubungkan dengan kawat penghantar yang terhubung ke kontak kaki. Ketika
dihubungkan dengan sumber tegangan, maka akan timbul arus listrik. Arus listrik
yang mengalir pada filamen ini menyebabkan filamen menjadi sangat panas
(28000 K – 32000 K) dan kemudian terbakar hingga kemudian menghasilkan
30
cahaya. Proses terbakarnya filamen wolfram sebenarnya tidak bisa berlangsung
lama. Oleh karena itu lampu ini dibuatkan bola lampu yang terbuat dari kaca yang
kemudian diisi dengan gas agar proses pembakaran filamen tetap stabil dan tidak
mengalami pengaruh dari luar (oksidasi). Gas yang digunakan pada umumnya
adalah gas mulia yang dapat berupa Argon, Xenon dan gas lainnya seperti Neon,
Nitrogen yang dikenal stabil.
2.17 Lampu LED Hemat Energi
Kata LED (Light Emitting Diode – dioda cahaya) yaitu semikonduktor
yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi
tegangan maju. Gejala ini termasuk bentuk elektroluminesensi, warna yang
dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor yang dipakai, dan bisa juga
ultraviolet dekat atau inframerah dekat.
top related